Lingkungan dan Fasies

Source : Sam Boggs Jr :Lingkungan dan Facies

Lingkungan dan Fasies

Sifat alami material yang diendapkan dimanapun akan ditentukan oleh proses fisika, kimia dan biologi yang terjadi selama pembentukan, transportasi dan pengendapan sedimen. Proses-proses ini juga mengartikan lingkungan pengendapan. Di bab selanjutnya, dibahas proses-proses yang terjadi di dalam tiap-tiap lingkungan pengendapan yang terdapat di seluruh permukaan bumi dan karakter sedimen yang diendapkan. Untuk mengenalkan bab ini, konsep lingkungan pengendapan dan fasies sedimen dibahas di bab ini. Metodologi analisis batuan sedimen, perekaman data dan menginterpretasikannya ke dalam proses dan lingkungan dibahas di sini secara umum. Contoh kutipan yang berhubungan dengan proses dan hasil di dalam lingkungan dibahas dengan lebih detail di bab berikutnya.

5.1 Menginterpretasi Lingkungan Pengendapan Masa Lampau

Setting dimana sedimen terakumulasi dikenal sebagai kesatuan geomorfologi seperti sungai, danau, pantai, laut dangkal, dan lain-lain. Salah satu tujuan geologi sedimen adalah untuk menentukan lingkungan dimana rangkaian batuan sedimen tertentu terendapkan. Agar objektif, sedimentolog mencoba menentukan kondisi di permukaan bumi pada waktu yang berbeda dan dalam tempat yang berbeda, dan dari sini membangun gambaran sejarah planet. Tahap pertama adalah penyelidikan batuan sedimen dengan bantuan metodologi ilmiah yang dikenal sebagai analisis fasies (Walker 1992a; Reading & Levell 1996).

5.2 Konsep ‘Fasies’

Alat fundamental dalam deskripsi dan iterpretasi batuan sedimen adalah konsep fasies sedimen. Kata ‘fasies’ diartikan sedikit berbeda oleh penulis-penulis yang berbeda, tapi menurut konsensus adalah bahwa fasies dimaksud sebagai penjumlahan atau gabungan karakteristik unit sedimen (Middleton 1973). Karakteristik ini mencakup dimensi, struktur sedimen, ukuran butir dan tipenya, warna dan kandungan biogenik batuan sedimen. Mengklasifikasikan batuan sedimen dengan cara yang adaptif dan tak terbatas. Contoh, ‘cross bedded medium sandstone’: batuan yang terutama terdiri dari butir-butir pasir berukuran sedang, menampilkan cross bedding sebagai struktur sedimen primer. Tidak semua aspek batuan perlu ditunjukkan dalam nama fasies dan di lain hal mungkin penting untuk menegaskan karakteristik yang berbeda. Fakta bahwa batuan berwarna merah mungkin lebih penting daripada batuan berwarna kelabu karena kemungkinan keterdapatan pecahan mika dan membentuk bagian fasies. Di situasi lain nama fasies batuan ‘red micaceous sandstone’ digunakan jika warna dan tipe butir dianggap lebih penting dari daripada ukuran butir dan sruktur sedimennya. Banyak karakteristik batuan yang bisa disampaikan dalam deskripsi fasies yang akan membentuk bagian dari semua studi batuan sedimen.

Istilah-istilah berbeda digunakan, dimana beberapa aspek fasies adalah fokus perhatian: deskripsi litofasies adalah satu batasan karakteristik batuan yang hanya merupakan hasil dari proses fisika dan kimia; deskripsi biofasies adalah pengamatan yang tertuju pada kehadiran fauna dan flora; dan deskripsi ichnofasies adalah terfokus pada fosil-fosil jejak (trace fossils) di dalam batuan. Sebagai contoh, unit tunggal batuan dideskripsikan dalam istilah litofasies sebagai grey bioclastic packestone, memiliki biofasies echinoida dan crinoida dan ichnofasies Cruziana: gabungan karakteristik ini dan karaktersitik yang lainnya akan menyusun fasies sedimen. 

5.2.1 Analisis Fasies

Konsep fasies adalah tidak berarti hanya tepat dan sesuai dalam mendeskripsikan batuan dan mengelompokkan batuan sedimen yang terlihat di lapangan, konsep ini juga membentuk dasar-dasar interpretasi strata. Karaktersitik litofasies dihasilkan dari proses fisika dan kimia yang aktif pada waktu pengendapan sedimen, dan biofasies serta ichnofasies menyediakan informasi tentang paleoecology selama dan sesudah pengendapan. Dengan pengetahuan kondisi fisika, kimia, dan ekologi maka memungkinkan untuk merekonstruksi lingkungan pada waktu pengendapan. Proses analisis fasies ini, interpretasi strata ke dalam istilah lingkungan pengendapan, dapat dianggap sebagai pusat objektif utama dari sedimentologi dan stratigrafi yang merekonstruksi masa lampau (Gambar 5.1) (Anderton 1985; Reading & Levell 1996).

Interpretasi lingkungan sedimen dari fasies dapat diperoleh dengan latihan yang sederhana atau memerlukan pertimbangan yang kompleks dari banyak faktor sebelum dapat membuat kesimpulan sementara. Di beberapa kasus ada karakteristik batuan yang unik untuk lingkungan tertentu. Sejauh yang kita ketahui, hermatypic corals hanya tumbuh di dalam air laut yang dangkal, bersih dan hangat: kehadiran fosil koral ini dengan posisi ketika masih hidup di dalam batuan sedimen dapat digunakan untuk menunjukkan bahwa sedimen terendapkan di dalam air laut yang dangkal, bersih dan hangat. Dimana ada petunjuk-petunjuk langsung suatu kondisi seperti itu, maka dengan langsung dapat diinterpretasikan lingkungan masa lampau suatu batuan sedimen. Berbeda dengan hal berikut, cross bedded sandstone dapat terbentuk selama pengendapan di gurun, sungai, delta, danau, pantai dan laut dangkal: litofasies ‘cross bedded sandstone’ tidak menyediakan petunjuk lingkungan khusus.

Interpretasi fasies harus objektif dan hanya berdasar pada pengenalan proses yang kemungkinan besar membentuk lapisan-lapisan. Dari kehadiran struktur ripples simetris dalam batupasir halus dapat disimpulkan bahwa lapisan terbentuk dibawah air dangkal, dengan angin yang melintas di atas permukaan air yang menciptakan gelombang yang menggerakkan pasir untuk membentuk symmetrical wave ripples. Interpretasi ‘air dangkal’ dibuat karena wave ripples tidak terbentuk di laut dalam (4.4.1), tapi ripples itu sendiri tidak dapat menunjukkan apakah terbentuk di danau, laguna atau lingkungan paparan terbuka. Oleh karena itu seharusnya fasiesnya disebut sebagai ‘symmetrically rippled sandstone’ atau mungkin ‘wave rippled sandstone’, tapi bukan ‘lacustrine sandstone’ karena diperlukan informasi yang lebih lanjut sebelum membuat interpretasi.

Gambar 5.1 Diagram alir analisis fasies

Di kebanyakan kasus, kombinasi litofasies, biofasies dan ichnofasies yang berbeda menyediakan informasi yang diperlukan untuk menyimpulkan lingkungan pengendapan dari strata sedimen. Pengamatan pengendapan di dalam channel (a channel-fill facies) dengan mengamati endapan yang menunjukkan bukti pengendapan oleh lembaran-lembaran air (sheets of water) yang mengering (an overbank facies) akan memperkenankan interpretasi batuan sebagai endapan lingkungan channel sungai dan floodplain (fluvial) (9.4.1). Oleh karena itu pengenalan asosiasi fasies adalah bagian penting dari analisis fasies karena sangat umum bahwa asosiasi fasies menyediakan petunjuk-petunjuk lingkungan pengendapan (Collinson 1969; Reading & Levell 1996).

5.2.2 Asosiasi Fasies

Setelah semua perlapisan di dalam suatu rangkaian ditentukan fasiesnya, selanjutnya pola distribusi fasies-fasies ini dapat diselidiki. Contoh  (Gambar 5.2), apakah perlapisan ‘bioturbated mudstone’ lebih umum terdapat bersamaan dengan (di atas maupun di bawahnya) ‘shelly fine sandstone’ atau ‘medium sandstone with rootlets’ ? manakah dari tiga di atas yang terdapat dengan fasies ‘batubara’ ? Ketika berusaha menentukan asosiasi fasies, sangat berguna jika mengingat proses pembentukannya masing-masing. Dari empat contoh fasies yang dicontohkan, ‘bioturbated mudstone’ dan ‘shelly fine sandstone’ keduanya mungkin mewakili pengendapan di lingkungan subaqueous, kemungkinan laut, sedangkan ‘medium sandstone with rootlets’ dan ‘coal’ keduanya terbentuk di setting subaerial. Oleh karena itu dua asosiasi fasies dapat ditentukan jika, diperkirakan pasangan fasies pengendapan subaqueous cenderung terdapat bersamaan, begitu juga pasangan fasies subaerial.

Fasies yang jelas, dapat diinterpretasikan proses-proses yang mengawali pembentukan sedimennya. Sebagaimana dicatat di atas, banyak dari proses-proses ini tidaklah unik pada lingkungan tertentu tapi satu cara dalam melihat lingkungan pengendapan adalah dengan memikirkan kombinasi proses-proses yang terjadi di dalam lingkungan pengendapan. Contoh, estuaria tidal (12.7), adalah setting fisiografi yang jelas dimana ada channel yang menyuplai air tawar memasuki lingkungan laut, setting ini dipengaruhi oleh arus tidal dan mudflats yang secara berkala dibanjiri oleh laut: hal ini mewakili kombinasi yang sangat jelas mengenai proses fisika, kimia, dan biologi. Hasil dari proses ini terlihat sebagai fasies sedimen yang diendapkan di dalam channel dan di atas mudflats. Oleh karena itu asosiasi fasies mencerminkan kombinasi proses-proses yang terjadi di dalam lingkungan pengendapan.

Selanjutnya prosedur analisis fasies dapat dibagi dalam dua tahap proses: pengenalan fasies dapat diinterpretasikan ke dalam proses-prosesnya; dan menentukan asosiasi fasies yang mencerminkan kombinasi proses-proses dan selanjutnya lingkungan pengendapannya (Gambar 5.1). Hubungan waktu dan ruang antara fasies pengendapan di saat ini dan di rekaman batuan sedimen telah diperkenalkan oleh Walther (1894). Hukum Walther secara sederhana diringkas sebagai pernyataan bahwa jika satu fasies ditemukan menindih (superimposed) fasies lain tanpa jeda dalam rangkaian stratigrafi maka dua fasies itu telah diendapkan berdekatan satu sama lain pada satu waktu.

Tidak semua litofasies dikelompokkan ke dalam asosiasi. Suatu fasies tunggal mungkin telah dibentuk oleh proses-proses yang jelas berbeda maka tidaklah tepat memasukkannya ke dalam asosiasi fasies lain. Sebagai contoh, rangkaian endapan yang terbentuk di dalam daerah kering (arid region) (8.1) memiliki fasies kerikilan yang berbeda yang mungkin dikelompokkan ke dalam asosiasi endapan kipas aluvial dan asosiasi danau playa (dasar suatu cekungan pengaliran gurun pasir) yang terdiri dari fasies evaporit dan batulumpur: fasies batupasir sedang terpilah baik, berstruktur cross bedding tidak sesuai ke dalam asosiasi kipas aluvial dan danau playa dan oleh karena itu harus dipertimbangkan sebagai suatu kesatuan yang tersendiri (hasil dari pengendapan aeolian dune: 8.2.3).  

5.2.3 Sikuen Fasies

Sikuen fasies secara sederhana adalah asosiasi fasies dengan kejadian fasies dalam suatu urutan tertentu (Reading & Levell 1996). Sikuen fasies terjadi ketika ada pengulangan rangkaian proses sebagai respon atau tanggapan dari perubahan reguler suatu kondisi. Contoh, jika fasies bioclastic wackestone selalu ditutupi oleh fasies bioclastic packestone dan selanjutnya fasies ini selalu ditutupi oleh bioclastic grainstone (Gambar 5.2), tiga fasies ini dapat dianggap menjadi sikuen fasies. Pola-pola seperti itu mungkin dihasilkan dari pendangkalan ke atas yang berulang-ulang (repeated shallowing upward) berkaitan dengan pengendapan di atas kumpulan pasir dan lumpur bioklastik di dalam lingkungan laut dangkal (14.6.2). Pengenalan sikuen fasies dapat didasarkan pada peninjauan visual grafik log sedimen atau dengan menggunakan pendekatan statistik untuk menentukan urutan kejadian fasies dalam suatu rangkaian, seperti analisis Markov (Till 1974; Swan & Sandilands 1995). Teknik ini memerlukan kisi-kisi (grid) transisi untuk ditempatkan dengan semua fasies di sepanjang kedua sumbu tabel, vertikal dan horizontal: tiap waktu terjadi transisi dari satu fasies ke fasies lain (contoh dari fasies bioclastic wackestone ke bioclastic packestone) di dalam rangkaian vertikal, masukkanlah ke grid. Sikuen fasies muncul ketika lebih tinggi dari transisi rata-rata dari satu fasies ke fasies lain. 

Gambar 5.2 Asosiasi fasies, sikuen fasies dan kode fasies.

5.2.4 Nama Fasies dan Kode Fasies

Dalam proses menyelesaikan analisis fasies suatu rangkaian batuan sedimen muncul pertanyaan tentang penamaan fasies dan asosiasi fasies. Salah satu pilihan sederhana adalah dengan memberi nomor atau huruf sesuai urutan alfanumerik. Kekurangan pendekatan ini adalah bahwa ‘fasies 1’, ‘fasies 2’, ‘asosiasi fasies A’ dan sebagainya, tidak menyampaikan informasi deskriptif dan petunjuk-petunjuk karakter sedimen. Cara yang lebih baik adalah dengan memberi nama deskriptif, singkat bagi setiap fasies-contoh, ‘laminated grey siltstone facies’, ‘foraminiferal wackestone facies’ atau ‘cross bedded pebbly conglomerate facies’. Suatu kompromi harus dicapai sedemikian rupa sehingga nama yang ditentukan cukup menguraikan fasies tetapi bukanlah yang terlalu susah. Diperlukan kata sifat (adjectives) secukupnya untuk membedakan fasies satu dengan yang lain. Contoh, ‘mudstone facies’ telah cukup sempurna jika hanya terdapat satu fasies batulumpur di dalam rangkaian. Di lain hal, perbedaan antara ‘trough cross bedded coarse sandstone facies’ dan ‘planar cross bedded medium sandstone facies’ mungkin penting dalam analisis rangkaian batupasir laut dangkal.

Nama untuk fasies harus deskriptif dan sungguh bisa diterima serta mengacu pada asosiasi fasies dalam kaitannya dengan interpretasi lingkungan pengendapan. Suatu asosiasi fasies seperti ‘symmetrically rippled fine sandstone’, ‘black laminated mudstone’ dan ‘grey graded siltstone’ telah diinterpretasikan sebagai endapan di dalam danau berdasarkan karaktersitk fasiesnya, dan mungkin beberapa informasi biofasies menunjukkan fauna air tawar. Oleh karena itu asosiasi fasies ini dikenal sebagai ‘lacustrine association facies’ dan telah dibedakan dari asosiasi fasies kontinen yang lain yang terendapkan di dalam channel sungai (‘fluvial channel association facies’) dan endapan overbank (floodplain facies association’).

Untuk membuat nama fasies yang panjang menjadi lebih mudah, sistem singkatan kode sering digunakan ketika meringkas sejumlah besar informasi fasies (Gambar 5.2). Hal ini membantu jika kode-kodenya mudah diinterpretasi dan berhubungan dengan nama fasies. Satu ketentuan yang digunakan dalam deskripsi fasies dalam sedimen klastik terrigenous adalah sistem yang berdasar ukuran butir ditunjukkan oleh huruf pertama diikuti oleh akhiran atau sufiks yang mendeskripsikan struktur sedimen (Miall 1978). Berdasarkan skema ini, konglomerat memiliki huruf utama ‘G’ (untuk kerikil), ‘S’ untuk pasir dan ‘F’ untuk batulumpur berbutir halus; sufiks atau akhiran mungkin menyediakan informasi lebih lanjut mengenai ukuran butir (contoh, ‘Sc’ menunjukkan ‘pasir, kasar’), struktur sedimen (‘Gx’ untuk cross stratified conglomerates, huruf ‘x’ adalah singkatan umum untuk ‘cross’), warna atau karakter-karakter berbeda lainnya. Tidak ada aturan untuk huruf kode yang digunakan, dan ada banyak ragam pada tema ini (contoh, beberapa pekerja menggunakan huruf ‘Z’ untuk lanau) termasuk skema serupa untuk batuan karbonat yang berdasarkan klasifikasi Dunham (3.1.4). Sebagai garis besar umum, sangat baik jika mengembangkan sistem yang memiliki pola konsisten (contoh, semua fasies batupasir diawali dengan huruf ‘S’) dan menggunakan singkatan yang mudah dipahami.

5.3 Distribusi Paleoenvironment dalam Waktu dan Ruang

Setelah paleoenvironment sederetan batuan sedimen telah ditentukan oleh analisis fasies, hubungan batuan yang terendapkan pada waktu yang sama di tempat yang berbeda dapat dipikirkan seperti halnya perubahan dalam paleoenvironment seiring waktu di tiap tempat. Hal ini hanya dapat diselesaikan setelah kerangka kerja waktu telah ditentukan dengan menggunakan teknik korelasi stratigrafi yang diuraikan di bab 18-21. Selanjutnya analisis paleoenvironment dikombinasikan dengan stratigrafi ke dalam bidang studi yang dikenal sebagai analisis cekungan, yang dibahas singkat di bab 23.

Satu unsur studi paleoenvironment yang penting dalam analisis cekungan adalah menentukan arah aliran sungai, terbentuknya delta, garis pantai, sebaran kipas bawah laut, dan sebagainya. Untuk beberapa macam informasi yang bersifat langsung ini adalah sangat berguna dan hal ini dapat diperoleh dari batuan sedimen dengan menggunakan petunjuk arus purba (paleocurrent).

5.4 Arus Purba (Paleocurrent)

Petunjuk paleocurrent adalah bukti arah aliran pada waktu sedimen diendapkan. Keuntungan dari mengetahui arah aliran ini adalah bahwa petunjuk ini membuat kemungkinan untuk memulai merekonstruksi paleogeographic. Fasies dan asosiasi fasies yang diendapkan di dalam lingkungan pengendapan yang berbeda dapat dihubungkan berdasarkan hubungan yang ditunjukkan oleh data paleocurrent (Potter & Pettijohn 1977). Sebagai contoh, pengetahuan tentang arah aliran di dalam channel endapan fluvial membuat kemungkinan untuk menghubungkan endapan ini dengan sedimen delta atau estuaria, dengan mengetahui arah hilirnya. Interpretasi seperti ini sungguh sangat berguna dalam membuat prediksi tentang karakteristik batuan yang tidak dapat terlihat karena tertutup oeh strata yang lebih muda. Oleh karena itu analisis paleocurrent merupakan bagian penyelesaian analisis fasies untuk mempelajari lebih banyak tentang paleoenvironment.

5.4.1 Petunjuk-Petunjuk Paleocurrent

Struktur sedimen tertentu yang terbentuk oleh aliran air atau udara dapat digunakan sebagai petunjuk paleocurrent atau aliran purba (paleoflow). Dua kelompok petunjuk paleocurrent dapat dibedakan sebagai berikut.

Petunjuk satu arah (unidirectional indicators) adalah fitur yang memberikan arah aliran.

1 Cross lamination (4.3.1) dihasilkan oleh ripples yang bermigrasi ke arah aliran arus. Arah kemiringan (dip direction) cross laminae pada batuan sedimen diukur.

2 Cross bedding (4.3.2) terbentuk oleh migrasi aeolian dan subaqueous dunes, dan arah kemiringan lee slope adalah kira-kira arah aliran. Dalam batuan sedimen, arah kemiringan cross strata di dalam cross bedding diukur.

3 Cross bedding dan cross stratification berskala besar terbentuk oleh bar besar di dalam  channel sungai (9.2.1) dan setting laut dangkal (14.4), atau progradasi foreset delta tipe Gilbert (12.3), adalah petunjuk arah aliran. Arah kemiringan cross strata diukur. Suatu perkecualian adalah epsilon cross stratification yang dihasilkan oleh akumulasi point bar yang berada tegak lurus terhadap arah aliran (9.2.2).

4 Imbrikasi klastik terbentuk ketika klastik kerikil berbentuk cakram (discoid) terorientasi oleh aliran yang kuat ke dalam posisi yang stabil, dengan satu dari dua sumbu yang lebih panjang miring ke arah hulu ketika dilihat dari samping. Catat bahwa ini berlawanan dengan pengukuran arah dalam cross stratification.

5 Flute casts (4.8.1) adalah gerusan lokal di dalam substrata yang dihasilkan oleh pusaran arus di dalam aliran. Setelah pusaran turbulen terbentuk, pusaran ini dibawa oleh aliran dan terangkat ke atas menjauh dari permukaan dasar, meninggalkan tanda asimetris di atas lantai aliran dengan tepi curam di sisi hulu. Ukurlah arah sepanjang sumbu gerusan yang menjauh dari sisi yang curam.

Petunjuk sumbu aliran (flow axis indicators) adalah struktur yang menyediakan informasi tentang sumbu arus tapi tidak membedakan antara arah hulu dan hilir. Meskipun begitu struktur ini berguna jika dikombinasikan dengan petunjuk satu arah-contoh, grooves dan flutes mungkin berasosiasi dengan turbidit (4.6.2).

1 Primary current lineation (4.3.4) pada bidang perlapisan diukur dengan menentukan orientasi bentuk atau barisan butir.

2 Groove casts (4.8.1) adalah gerusan memanjang disebabkan oleh takikan (indentation) partikel yang terbawa di dalam aliran yang memberikan sumbu aliran.

3 Orientasi klastik berbentuk memanjang dapat menyediakan informasi jika mineral seperti jarum (needle-like), fosil memanjang seperti belemnite, atau potongan-potongan kayu menunjukkan barisan sejajar atau penjajaran dalam aliran.

4 Batas gerusan dan channel dapat digunakan sebagai petunjuk karena bagian tepi channel berada sejajar dengan arah aliran.

5.4.2 Mengukur Paleocurrent dari Cross Stratification

Pengukuran arah kemiringan (dip) permukaan berlereng (inclined surface) tidak selalu langsung, khususnya jika permukaannya berbentuk kurva dalam tiga dimensi, seperti kasus trough cross stratification. Normalnya, diperlukan suatu penyingkapan cross bedding yang memiliki dua wajah yang menyiku (Gambar 5.3). Dimana permukaan horizontal memotong melewati trough cross bedding, menentukan arah paleoflow lebih mudah dan hanya memerlukan permukaan horizontal (Gambar 5.4). Menentukan arah paleoflow dari planar cross stratification dapat dilakukan langsung karena  bidangnya hanya miring ke satu arah. Di semua kasus suatu potongan vertikal tunggal yang melewati cross stratification,  tidak memberikan hasil yang memuaskan karena hanya memberikan kemiringan semu (apparent dip) yang tidak menunjukkan arah aliran sebenarnya.

Gambar 5.3 Arah dip bidang (contoh planar cross beds)

tidak dapat ditentukan dari wajah vertikal tunggal (muka

A atau B): dip sebenarnya dapat dihitung dari pengukuran

dua apparent dip yang berbeda atau diukur langsung dari

permukaan horizontal (T)

Gambar 5.4 Trough cross bedding tersingkap di permukaan

lapisan batupasir, berumur Kambrium, Sinai Peninsula,

Mesir. Jejak lekukan atau cekungan lembah di atas

permukaan lapisan menunjukkan arah aliran yang menjauh

dari pandangan.

5.4.3 Menampilkan dan Menganalisis Data yang Berhubungan dengan Arah

Data arah umumnya dikumpulkan dan digunakan dalam geologi. Paleocurrent adalah data yang tersering ditemui dalam sedimentologi tetapi data yang serupa juga dikumpulkan dalam analisis struktur dan studi paleoecological. Setelah data dikumpulkan akan berguna  untuk menentukan parameter seperti arah rata-rata dan penyimpangan rata-rata (standard deviation). Dalam menghitung rata-rata kumpulan data arah tidak bisa dilakukan secara langsung, contoh, menentukan rata-rata pengukuran ketebalan kumpulan perlapisan. Paleocurrent yang diukur dimasukkan ke dalam lingkaran 360 derajat. Menentukan rata-rata suatu set dengan menambahkan bersama dan kemudian membaginya, tidak memberikan hasil yang berarti : untuk mengilustrasikan mengapa begitu, dua posisi (bearing) 010° dan 350° jelas sekali memiliki arti 000°/360°, tapi dengan menambahkan dan kemudian membaginya akan diperoleh jawaban 180°, arah yang berlawanan. Penghitungan rata-rata sirkuler dan perbedaan atau varian sirkuler suatu set data paleocurrent dapat diselesaikan dengan kalkulator atau program komputer. Dasar-dasar matematika untuk perhitungan (Till 1974; Swan & Sandilands 1995) ini ditulis di bawah.

Untuk menangani data arah secara matematika, terlebih dahulu menerjemahkan posisi (bearing) ini ke dalam koordinat empat persegi panjang (rectangular) dan menampilkan semua nilai ke dalam sumbu x dan y. Untuk tiap posisi β, tentukan nilai x dan y dengan cara :

x = cos β

y = sin β

Kemudian tambahkan semua nilai x dan tentukan rata-ratanya x, kemudian tambahkan semua nilai y dan tentukan nilai rata-ratanya y. Hasilnya akan berarti nilai arah rata-rata yang ditampilkan dalam koordinat segiempat, dengan nilai x dan y di antara -1 dan +1. Untuk menentukan posisi itu, hitung :

β = tan^-1 (y/x)

Nilai β akan berada di antara +90° dan -90°. Untuk mengoreksi nilai ini menjadi nilai sebenarnya, perlu menentukan di kuadran mana nilai rata-rata ini berada. Dapat ditentukan dengan mengambil sinus dan cosinus β : jika keduanya positif, posisinya adalah 000°-090°, cosinus negatif maka posisinya 090°-180°, keduanya negatif maka posisinya adalah 180°-270° dan jika sinusnya negatif adalah 270°-360°.

Sebaran data disekitar nilai rata-rata sebanding dengan panjang garis, R. Jika nilai akhirnya berada sangat dekat dengan garis keliling lingkaran, dan ketika semua data berada sangat berdekatan, R akan memiliki nilai mendekati 1. jika garis R sangat pendek karena data memiliki sebaran yang luas: contoh ekstrimnya, rata-rata 000°, 090°, 180°, dan 270° akan menghasilkan suatu garis dengan panjang 0 karena nilai rata-rata x da y untuk kelompok ini berada di pusat lingkaran. Panjang dari garis R dihitung dengan menggunakan teorema Pythagoras:

R = √ (x ²+ y ²)

Data paleocurrent biasanya diletakkan pada diagram rose (Gambar 5.5). Ini adalah histogram sirkuler dimana data arah diplot. Hitungan rata-rata dapat juga ditambahkan. Dasar penggunaannya adalah membagi lingkaran menjadi interval 10° atau 20° dan mengandung rangkaian lingkaran konsentris. Terlebih dahulu data-data dikelompokkan ke dalam blok-blok 10° atau 20° (000-019°, 020-039°, dan lain-lain). dan jumlah yang jatuh di dalam tiap-tiap rentang ditandai oleh gradasi semakin ke luar dari pusat histogram lingkaran. Di contoh ini (Gambar 5.5) tiga pembacaan adalah di antara 260° dan 269°, lima di antara 250° dan 259°, dan selanjutnya. Skala dari pusat ke garis tepi lingkaran harus ditunjukkan, dan jumlah total, N, ditunjukkan dalam set data.

Gambar 5.5 Diagram rose yang digunakan sebagai satu

cara menampilkan data paleocurrent (N=33, skala dari

pusat adalah satu divisi untuk tiap pembacaan).

Data paleocurrent yang dikumpulkan dari strata yang telah terdeformasi secara tektonik dan miring harus diorientasikan kembali ke horizon pengendapan. Manipulasi data arah memerlukan teknik stereonet yang umum digunakan dalam geologi struktur.   

5.5 Asal-Usul (Provenance)

Data paleocurrent menyediakan petunjuk arah transportasi sedimen, yang akhirnya memberikan petunjuk darimana detritus klastik berasal. Informasi lanjut tentang sumber sedimen, atau provenance material, dapat diperoleh dari pengujian tipe klastik yang ada (Pettijohn 1975). Jika klastik yang hadir dalam sedimen dapat dikenali sebagai karakteristik daerah sumber tertentu melalui petrologi atau kimianya, maka asal-usulnya dapat ditentukan. Dalam beberapa keadaan, hal ini membuat kemungkinan untuk menentukan lokasi paleogeografi daerah sumber dan menyediakan informasi tentang waktu dan proses erosi dalam daerah yang terangkat (uplifted areas) (Dickinson & Suczex 1979).

Studi provenance umumnya relatif mudah untuk diselesaikan pada sedimen klastik lebih kasar (coarser) karena kerakal dan berangkal mungkin dapat langsung dikenali sebagai hasil erosi dari litologi batuan (bedrock) tertentu. Banyak tipe batuan yang memiliki karakteristik tekstur dan komposisi yang memperkenankan batuan tersebut dikenali dengan yakin. Lebih sulit untuk menentukan provenance jika semua klastiknya berukuran pasir karena banyak butir-butir yang mungkin mineral-mineral individu yang dapat berasal dari sumber-sumber yang beragam. Butir-butir kuarsa dalam batupasir mungkin berasal dari bedrock granit, sejumlah batuan metamorf yang berbeda atau sedimentasi kembali (rework) dari litologi batupasir yang lebih tua, jadi meskipun sangat umum, kuarsa sering hanya bernilai kecil dalam menentukan provenance. Mineral-mineral berat tertentu (2.4.2) adalah petunjuk yang sangat baik mengenai asal pasir (Tabel 5.1). Oleh karena itu studi provenance dalam batupasir sering diselesaikan oleh pemisahan material dari sampel besar (bulk) butir-butir dan mengenalinya secara individual (Mange & Maurer 1992). Prosedur ini disebut analisis mineral berat, dan dapat menjadi cara efektif untuk menentukan sumber sedimen. Analisis mineral lempung juga terkadang digunakan dalam studi provenance karena mineral-mineral lempung tertentu terbentuk dari pelapukan tipe bedrock tertentu (Blatt 1985): contoh, pelapukan batuan basaltis menghasilkan mineral lempung dalam kelompok smectite (2.5.3).

 Tabel 5.1 Mineral-mineral berat yang digunakan sebagai petunjuk sumber (provenance) detrital sedimen.

5.6 Grafik Log Sedimen

Log sedimen adalah metode grafik untuk menampilkan rangkaian perlapisan sedimen atau batuan sedimen. Log ini juga merupakan metode efektif  mengumpulkan data secara sistematis. Ada banyak skema berbeda yang digunakan, tetapi masih satu tema. Format yang ditampilkan di sini (Gambar 5.6) dekat sekali dengan skema Tucker (1982, 1996); format lain yang sering digunakan diilustrasikan dalam Collinson dan Thompson (1982). Tujuan dari semua grafik log sedimen harus menampilkan data sedemikian rupa hingga mudah dikenali dan diinterpretasikan dengan menggunakan simbol-simbol sederhana dan singkatan yang dapat dimengerti tanpa kata kunci (meskipun kata kunci harus selalu dimasukkan untuk menghindari ambigu). Analisis fasies dan analisis paleoenvironment dapat dibuat berdasarkan informasi yang ditampilkan dalam grafik log sedimen. 

5.6.1 Menggambar Grafik Log Sedimen

Skala vertikal yang digunakan ditentukan oleh kedetailan atau ketelitian yang diperlukan. Jika informasi pada perlapisan hanya memerlukan beberapa centimeter ketebalan maka skala 1 : 10 menjadi pilihan. Suatu log yang ditarik melewati puluhan atau ratusan meter dapat digambar pada skala 1 : 100 jika lapisan-lapisan dengan tebal kurang dari 10 cm tidak perlu direkam secara individu. Log ringkasan yang hanya menyediakan garis besar rangkaian strata dapat digambarkan dengan skala 1 : 1000. Skala menengah juga digunakan, dengan menggunakan kelipatan 2 atau 5 agar konversi skalanya lebih mudah.

Kebanyakan simbol-simbol litologi yang umum digunakan adalah kurang lebih standar: titik-titik (dots) digunakan untuk pasir dan batupasir, susunan kotak-kotak batubata (bricks) untuk batugamping, dan sebagainya. Skemanya dapat dimodifikasi agar cocok atau sesuai dengan rangkaian yang dideskripsikan, contoh, dengan menumpangtindihkan (superimposition) huruf ‘G’ untuk menunjukkan batupasir glaukonit, penambahan titik-titik pada susunan kotak-kotak batubata mewakili batugamping pasiran, dan sebagainya. Dalam kebanyakan skema, litologi ditampilkan dalam kolom tunggal. Di sepanjang sisi kolom litologi (kanannya) ada ruang untuk informasi tambahan tentang tipe sedimen dan untuk merekam struktur sedimen (lihat di bawah). Skala horizontal digunakan untuk menunjukkan ukuran butir dalam sedimen klastik. Klasifikasi Dunham untuk batugamping (3.1 4) juga dapat ditampilkan dengan menggunakan tipe skala ini. Skema ini memberikan kesan visual yang cepat mengenai semua kecenderungan dalam ukuran butir, lapisan bergradasi normal atau terbalik, rangkaian perlapisan yang mengasar ke atas atau menghalus ke atas.

Dengan konvensi, simbol-simbol yang digunakan untuk menampilkan struktur sedimen mirip sekali dengan kenampakan fitur itu di lapangan atau di dalam inti bor (core) (Gambar 5.7). Penampilan ini agak disesuaikan demi kepentingan kesederhanaan dan untuk menjelaskan interpretasi struktur. Sekali lagi, simbol-simbol ini dapat diadaptasi untuk disesuaikan dengan kondisi-kondisi tertentu. Jika ruangnya mengizinkan, simbol-simbol diletakkan di dalam lapisan tapi juga dapat digambar di sisinya. Batas-batas perlapisan mungkin tajam, erosional, atau transisi/gradasi, perubahan secara gradasi antara satu litologi ke litologi lain.

Detail-detail lain tentang rangkaian perlapisan dapat juga direkam pada grafik log (Gambar 5.8). Data paleocurrent mungkin ditampilkan sebagai rangkaian panah berorientasi ke arah paleoflow yang diukur atau dapat diringkas menjadi satu unit sebagai diagram rose (5.4.3) di sisi log. Warna biasanya direkam dalam kata-kata atau singkatan, dan keterangan atau pengamatan lanjut dapat ditulis di sisi log ditempat yang telah tersedia.

Interpretasi informasi berkenaan dengan proses-proses dan lingkungan biasanya diselesaikan kembali di dalam laboratorium. Jika semua analisis fasies telah dilakukan, fasies harus diidentifikasi dan semua interval atau selingan-selingan pada grafik log ditempatkan pada satu dari fasies-fasies ini. Hubungan antara fasies dapat lebih mudah terlihat pada grafik log daripada bentuk tampilan data yang lain.

Tampilan grafik log dengan bantuan komputer telah menjadi terkenal pada tahun-tahun terakhir ini. Penggunaan yang luas dari paket menggambar komputer telah menghasilkan kecenderungan untuk simbol-simbol pada log menjadi lebih standar dan sesuai. Menggambar log dengan cara biasa juga masih digunakan. Kekurangan dari menggambar dengan komputer adalah menghasilkan grafik log yang tidak mengandung informasi sebanyak grafik log yang digambar dengan tangan. Variasi yang hampir tak kentara dalam bentuk struktur sedimen dapat dimasukkan dalam log yang digambar dengan tangan tapi akan hilang jika mengunakan simbol standar (Anderton 1985). Masih ada tempat untuk menggambar dengan pena atau pensil pada grafik log, dan log yang digambar di lapangan masih harus dianggap sebagai data pokok mentah. 

Gambar 5.6 Suatu contoh bentuk grafik log sedimen.

Gambar 5.7 Simbol-simbol yang umum digunakan pada grafik log sedimen

Gambar 5.8 Contoh grafik log sedimen

5.6.2 Tampilan Grafik yang Lain : Sketsa dan Foto

Grafik log adaah tampilan satu-dimensi perlapisan batuan sedimen yang hanya mungkin menampilkan inti bor (drill-core) dan cukup sempurna untuk strata ‘kue lapis’ (layer-cake) (perlapisan yang tidak memiliki ketebalan atau karakter lateral). Jika suatu singkapan perlapisan memiliki variasi lateral yang penting-contoh, endapan channel sungai dan overbank dalam lingkungan fluvial-suatu log vertikal tunggal  tidak cukup mewakili kondisi alami endapan. Tampilan dua-dimensi diperlukan dalam bentuk gambar penampang singkapan alami atau buatan di tebing (Gambar 5.9).

Gambar sketsa menampilkan semua fitur sedimen utama (perlapisan, cross stratification, dan lain-lain) yang biasanya ditambah dengan foto. Dalam kasus ideal, foto yang diambil dapat  digunakan sebagai acuan sketsa lapangan. Foto tidak seharusnya menjadi pengganti sketsa lapangan: fitur-fitur sedimen tidak pernah terlihat jelas dalam foto sebagaimana di lapangan dan banyak informasi dapat hilang jika fitur yang penting dan hubungannya tidak digambar waktu itu. Sketsa geologi yang bagus tidak harus berseni. Fitur geologi harus jelas ditonjolkan sedangkan objek lain yang kebetulan ada seperti pepohonan dan semak-semak dapat diabaikan. Semua sketsa dan foto harus memasukkan skala beberapa bentuk dan orientasi pandangan harus direkam.

Informasi lebih lanjut mengenai deskripsi lapangan batuan sedimen dapat dilihat di buku Tucker (1996).

Gambar 5.9 Contoh sketsa lapangan. Variasi lateral yang kompleks hadir dalam beberapa fasies, seperti endapan fluvial yang disketsakan di sini (bab 9), tidak cukup hanya ditampilkan dengan grafik vertikal tunggal.

5.7 Ringkasan : Fasies dan Lingkungan

Pendekatan ilmiah dan objektif adalah dasar dari keberhasilan analisis fasies. Suatu rangkaian strata sedimen harus dideskripsikan dahulu berkenaan dengan litofasies (dan terkadang biofasies dan ichnofasies) yang ada, dimana tahap interpretasi proses-proses pengendapan dapat dibuat. Selanjutnya fasies dapat dikelompokkan ke dalam asosiasi litofasies yang dapat diinterpretasikan lingkungan pengendapannya berdasarkan kombinasi proses fisika, kimia, dan biologi yang telah dikenali melalui analisis fasies. Terdapat asosiasi fasies dan sikuen yang umum terjadi di dalam lingkungan tertentu, dan ini diilustrasikan di bab berikutnya sebagai ‘tipikal’ lingkungan tertentu. Namun bagaimanapun, masih mungkin terdapat kesalahan berbahaya yaitu ‘pigeon-holing’, maksudnya adalah mencoba mencocokkan rangkaian batuan ke ‘model fasies’ tertentu. Sedangkan karakteristik umum biasanya memberikan petunjuk yang baik kepada lingkungan pengendapan, detail-detail kecil dapat menjadi hal vital dan jangan diabaikan. Analisis data paleocurrent adalah keterangan tambahan yang sangat berguna untuk interpretasi fasies, dan membentuk dasar-dasar dalam menentukan lingkungan pengendapan masa lampau. Untuk memperoleh semua analisis ini, diperlukan metode efektif dalam menampilkan data dari batuan sedimen : hal ini disediakan oleh grafik log sedimen.

Analisis fasies harus objektif untuk menentukan lingkungan pengendapan suatu rangkaian batuan dalam rekaman sedimen. Suatu kesimpulan umum yang telah dibuat adalah bahwa lingkungan sedimen yang ada saat ini (Gambar 5.10) telah ada juga di masa lampau. Secara garis besarnya seperti itu, tapi ada bukti dari rekaman stratigrafi mengenai kondisi yang ada selama periode sejarah bumi yang tidak terdapat pada lingkungan modern. Aspek stratigrafi ‘nonuniformitarian’ ini dipertimbangkan sebagai konteks perubahan dalam pola vegetasi dan iklim global di bab 24. karakteristik lingkungan pengendapan kontinen dibahas di bab 6-10, lingkungan laut di bab 11-15, dan setting volkanik di bab 16.

Gambar 5.10 Lingkungan pengendapan sedimen.